課程設(shè)計---簡易彩燈控制電路

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　一 方案論證2</b></p><p>　　1.1 方案一 手動脈沖控制電路2</p><p>　　1.2 方案二 自動脈沖控制電路2</

2、p><p>　　1.3 總體方案的選擇2</p><p>　　1.3.1 方案一2</p><p>　　1.3.2 方案二2</p><p>　　二 設(shè)計電路及其工作原理3</p><p>　　2.1 設(shè)計方案3</p><p>　　2.2 基本原理3</p><

3、;p>　　2.2.1 系統(tǒng)框圖3</p><p>　　2.2.1 原理圖4</p><p>　　2.3 系統(tǒng)各部分工作原理4</p><p>　　2.3.1 時鐘電路的工作原理5</p><p>　　2.3.2 分頻電路的工作原理7</p><p>　　2.3.3 狀態(tài)機(jī)電路8</p>

4、<p>　　2.3.4 移位輸出電路9</p><p>　　三 結(jié)論與展望10</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p><b>　　附錄一12</b></p><p><b>　　附錄二13</b></p><

5、p><b>　　附錄三14</b></p><p><b>　　附錄四15</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　現(xiàn)實(shí)生活中，大家都見過霓虹燈，它們閃爍著不同顏色的光，變換著不同的花型，在晚上煞是好看，是一種很好的照明娛樂工具。本設(shè)計就是采用電子元件制作的一個

6、簡易的具有四種花型變換的彩燈。</p><p>　　本電路系統(tǒng)由四部分組成，分別是：1）時鐘振蕩電路，由555定時器，電阻及電容構(gòu)成；2）分頻電路，由四位二進(jìn)制計數(shù)器74LVC161組成，為D觸發(fā)器提供時鐘信號；3）狀態(tài)機(jī)電路，由雙D觸發(fā)器組成；4）移位顯示器，由雙向移位寄存器74HC194和發(fā)光二極管組成，實(shí)現(xiàn)花型顯示。</p><p>　　本電路基于74系列簡單邏輯門電路的組合，實(shí)現(xiàn)簡

7、易電子彩燈控制器電路，具有電路設(shè)計簡單，成本低廉的特點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：彩燈，四位雙向移位寄存器，四位二進(jìn)制計數(shù)器，時鐘振蕩電路</p><p><b>　　一 方案論證</b></p><p>　　1.1方案一：手動脈沖控制電路</p><p>　　用移位寄存器控制彩燈的左右移動，用觸發(fā)器和計數(shù)器組成

8、周期性觸發(fā)電路，而總體電路的CP脈沖用單刀雙擲開關(guān)通過人工控制來實(shí)現(xiàn)。這種方案中CP的實(shí)現(xiàn)是由人工控制的，其周期不穩(wěn)定，時大時小，對彩燈的花樣變換視覺效果影響很大，不美觀；而且不能實(shí)現(xiàn)電路的自動控制。</p><p>　　1.2方案二：自動脈沖控制電路</p><p>　　用移位寄存器來控制彩燈的左右移動，用觸發(fā)器和計數(shù)器組成的周期性觸發(fā)電路，而此電路中的CP脈沖用NE555定時器通過外接

9、電路實(shí)現(xiàn)。此種電路的優(yōu)點(diǎn)就是CP脈沖的頻率穩(wěn)定，彩燈花樣變換的效果好，而且實(shí)現(xiàn)了自動控制，易于預(yù)期控制。</p><p>　　1.3總體方案的選擇</p><p><b>　　1.3.1方案一：</b></p><p>　　優(yōu)點(diǎn)是電路設(shè)計簡單易行，但缺點(diǎn)較多,就是這種方案中CP的實(shí)現(xiàn)是由于人工控制的,其周期不穩(wěn)定,時大時小，對彩燈的花樣變換視覺

10、效果影響很大，不美觀;而且不能實(shí)現(xiàn)電路的自動控制。</p><p><b>　　1.3.2方案二:</b></p><p>　　此方案優(yōu)點(diǎn)諸多，例如CP脈沖的頻率穩(wěn)定，彩燈花樣變換的效果好，而且實(shí)現(xiàn)了自動控制，易于預(yù)期的控制。故選擇方案二進(jìn)行電路的設(shè)計與制作。</p><p>　　二 設(shè)計電路及其工作原理</p><p&

11、gt;<b>　　2.1 設(shè)計方案</b></p><p>　　本電路系統(tǒng)由四部分組成：</p><p>　　1）時鐘振蕩電路 由555定時器，電阻及電容構(gòu)成時鐘振蕩電路，為系統(tǒng)提供時鐘；</p><p>　　2）分頻電路 由四位二進(jìn)制計數(shù)器74LVC161組成，為D觸發(fā)器提供時鐘信號，為狀態(tài)機(jī)提供時鐘；</p><p&g

12、t;　　3）狀態(tài)機(jī)電路 由雙D觸發(fā)器74LS74組成；</p><p>　　4）移位顯示器 由雙向移位寄存器74HC194組成。</p><p><b>　　2.2 基本原理</b></p><p>　　2.2.1 系統(tǒng)框圖</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)框圖</p><p><

13、b>　　2.2.2原理圖</b></p><p>　　圖2-2 總原理圖</p><p>　　2.3 系統(tǒng)各部分工作原理</p><p>　　2.3.1 時鐘電路的工作原理</p><p>　　圖2-3 555定時器的電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　555定時器的電路結(jié)構(gòu)</p>

14、<p>　　555定時器的內(nèi)部電路由分壓器、電壓比較器C1和C2、簡單SR鎖存器、放電三極管T和緩沖器G組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，功能表如表2-1所示。</p><p>　　表2-1 555定時器功能表</p><p>　　555定時器構(gòu)成時鐘電路</p><p>　　當(dāng)Vc上升到2VCC/3時，使Vo為低電平，同時放電二極管T導(dǎo)通，此時電容C通

15、過R2和T放電，Vc下降。當(dāng)Vc下降到VCC/3時，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)放點(diǎn)結(jié)束時，T截止，VCC將通過R1、R2向電容器C充電，Vc上升。當(dāng)Vc上升到2VCC/3時，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到一個周期性的矩形波。</p><p>　　電路的振蕩頻率為f=1.43/(R1+R2)C。此時f=1Hz。</p><p>　　2.3.2 分頻電路的工作原理&l

16、t;/p><p>　　74161是4位二進(jìn)制同步加計數(shù)器。其中1腳是異步清零端，9腳是預(yù)置數(shù)控制端，P1、P2、P3、P4是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端，CO是進(jìn)位輸出端，7腳和10腳是計數(shù)控制端。</p><p><b>　　由其功能表可知：</b></p><p><b>　　異步清零</b></p><p>　

17、　當(dāng)1腳為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，計數(shù)器將被直接置零；</p><p><b>　　同步并行預(yù)置數(shù)</b></p><p>　　在1腳接高電平的條件下，當(dāng)9腳接低電平且有時鐘脈沖CLK上升沿的作用下，P1、P2、P3、P4輸入端的數(shù)據(jù)將分別被Q1、Q2、Q3、Q4所接收。</p><p><b>　　保持</b>

18、;</p><p>　　在1和9腳同時接高電平時，當(dāng)兩個計數(shù)使能端中有一個接低電平時，不管有無脈沖CLK的作用，計數(shù)器都將保持原來的狀態(tài)不變。</p><p><b>　　4．計數(shù)</b></p><p>　　當(dāng)9腳，1腳，7腳，10腳均接高電平時，74161處于計數(shù)狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)時鐘電路給計數(shù)器十六個脈

19、沖時，計數(shù)器進(jìn)位端進(jìn)1，促使D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)或者截止。</p><p>　　2.3.3 狀態(tài)機(jī)電路</p><p>　　圖2-6 狀態(tài)機(jī)電路</p><p>　　由兩個雙D觸發(fā)器組成。U3的5腳與U4的3腳連接，從而實(shí)現(xiàn)了U3的16分頻和U4的32分頻。</p><p>　　由D觸發(fā)器的功能表可知：當(dāng)CLK由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，Q

20、=D。</p><p>　　本電路中，假設(shè)開始U3的5腳位高電平，則U4的3腳也為高電平；分頻電路十六拍進(jìn)位一次，促使觸發(fā)器U3翻轉(zhuǎn)，此時U3的5腳變?yōu)榈碗娖?，U4的3腳同時也變?yōu)榈碗娖?；?dāng)分頻電路經(jīng)過第二個十六拍進(jìn)位使，再次進(jìn)位，U3的5腳為高電平，而此時U4的3腳也再次變?yōu)楦唠娖?，此過程中的U4的CLK引腳經(jīng)歷了一個上升沿，U4觸發(fā)。從而實(shí)現(xiàn)了四種花型的輪流變換。</p><p>&l

21、t;b>　　移位輸出電路</b></p><p>　　圖2-7 移位輸出電路</p><p>　　74LVC194由4個RS觸發(fā)器及它們的輸入控制電路組成。其中S0和S1是兩個控制輸入端，A、B、C、D是并行輸入端。它們的狀態(tài)組合可以完成四種控制功能，其中左移和右移兩項(xiàng)是串行輸入，數(shù)據(jù)是分別從左移輸入端7引腳和右移輸入端2引腳送入寄存器的。1引腳是異步清零輸入端。本電路

22、中要求移位過程中數(shù)據(jù)不能丟失，仍然保持在計數(shù)器中，所以在電路中采用將移位寄存器的最高位輸出端15引腳和最低位輸入端2引腳連接以及讓移位寄存器的最低位輸出端12引腳和最高位輸入端7引腳連接，形成環(huán)形計數(shù)器。從而實(shí)現(xiàn)了四種花樣的循環(huán)輸出。</p><p>　　表2-2：74LVC194功能表</p><p><b>　　三 結(jié)論與展望</b></p>&

23、lt;p>　　課程設(shè)計的過程中，我收獲了很多。通過去圖書館查閱相關(guān)的書籍，在網(wǎng)上查找相關(guān)信息，在學(xué)習(xí)理解了別人的設(shè)計方案后，取其精華，去其糟粕，轉(zhuǎn)化為自己的知識，在這個過程中自己的知識得到了鞏固和升華，解決問題的能力也得到了提高。</p><p>　　本課程設(shè)計運(yùn)用了74系列中規(guī)模邏輯芯片74HC194,74HC06，74LVC161，74LS74及555定時器，發(fā)光二極管，電阻，電容等器件，是我進(jìn)一步加深

24、了對這些元件的理解和認(rèn)識，以及它們的應(yīng)用方法和注意事項(xiàng)，為以后分析這些元件的工作特性打好了基礎(chǔ)，同時鞏固和加深了對數(shù)點(diǎn)知識的理解。</p><p>　　課程設(shè)計中，原理圖的設(shè)計是靈魂。根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，思考設(shè)計思路，選擇器件，全面考慮后得到設(shè)計的原理圖。接著就是驗(yàn)證了原理圖的正確性，完善設(shè)計了。對于一個復(fù)雜的系統(tǒng)來說，要在復(fù)雜的元器件和線路中迅速、準(zhǔn)確地找出問題是很不容易的事。要通過對原理圖的分析，把系統(tǒng)分成不同

25、功能的電路模塊，通過逐一分析找出有問題的模塊，然后再對故障模塊內(nèi)部加以分析找出問題，查找問題，分析問題和排除問題，并通過做出功能表時序圖等協(xié)助分析。</p><p>　　通過電子線路課程設(shè)計，我了解了電子產(chǎn)品設(shè)計的一般過程，掌握電子線路設(shè)計的基礎(chǔ)方法和一般過程，能用設(shè)計軟件對電子線路進(jìn)行設(shè)計，能用繪圖軟件繪制原理圖，掌握電子電路設(shè)計的方法，能獨(dú)立解決設(shè)計過程中出現(xiàn)的一般問題，能正確選用元器件，能對所設(shè)計電路的功能

26、作用有深刻的理解，能查閱各種有關(guān)手冊和正確編寫設(shè)計報告。</p><p>　　由于這次的課程設(shè)計是分小組來作一個課題，所以我們是采用以自學(xué)為主，然后組里的成員聚到一塊兒一起探討的學(xué)習(xí)方法。這樣不僅鍛煉了我們的自學(xué)努力，而且更鍛煉了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神。相信會為我們以后的生涯帶來很大的益處。</p><p>　　雖然設(shè)計過程中不知碰到了多少難題，所有的問題都能得到解決，更重要的是在解決這些實(shí)際

27、難題中我們的各方面能力都得到了很大的提高，在此，感謝同學(xué)們的熱心幫助和老師的悉心指導(dǎo)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計，浙江大學(xué)出版社，2001年6月</p><p>　　姚福安，電子電路設(shè)計與實(shí)踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001年10月</p><p>　　王澄非，

28、電路與數(shù)字邏輯設(shè)計實(shí)踐，東南大學(xué)出版社，1999年10月</p><p>　　李銀華，電子線路設(shè)計指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年6月</p><p>　　康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003年</p><p>　　附錄一 系統(tǒng)原理圖</p><p>　　附錄二 元件列表</p><p>　　附錄